Chuong 2 - Cac phan tu thuong dung trong TDH.pdf

T ng hoỏ thit b in

Chơng 2: các phần tử thờng
dùng trong hệ thống TĐH
Các phần tử có tiếp điểm





Bộ khống chế chỉ huy
Rơle tốc độ
phanh điện từ
li hợp điện từ

Các phần tử không tiếp điểm





Khuyếch đại thuật toán (KĐTT)
Cảm biến
Các bộ biến đổi ADC
Các bộ biến đổi DAC

bộ khống chÕ chØ huy
CÊu t¹o

KÝ hiƯu

1) Tang trèng; 2) Trơc quay; 3) Vô lăng; 4, 5) Tiếp điểm động; 6) Thanh nối điện
7, 8, 9, 10) Tiếp điểm tĩnh; 11) Giá đỡ tiếp điểm; 12) Mặt vạch dấu

GV: Nguyn V Thanh

1


T ng hoỏ thit b in

rơle tốc độ
Cấu tạo rơle li tâm

Cấu tạo rơle cảm ứng

1) Trục quay; 2) Quả văng
3) Lò xo kéo; 4) Giá tiếp điểm
5) Tiếp điểm NO

1) Trục quay; 2) Nam châm vĩnh cửu

6) Tiếp điểm NC

3) Lồng sóc; 4) Lõi thép stato; 5) Cần tác động
6) Hệ thống tiếp điểm

phanh điện từ
Cấu tạo v nguyên lí hoạt động
1) Cuộn hút điện từ
2) Lò xo nhả

3) §èi träng
4) M¸ phanh gc
5) M¸ phanh Ðp
6) Trơc quay

GV: Nguyễn Vũ Thanh

2


T ng hoỏ thit b in

li hợp điện từ
Li hợp kiểu ma sát
1) Trục động cơ; 2) Bạc lót
3) Phần gông (điện cực âm)
4) Cuộn dây; 5) Tấm lót cách điện
6) Vành trợt cấp điện
7) Chổi than (điện cực dơng)
8, 9) Các đĩa ma sát
10) Phần ứng (giá ép)
11) Khung đỡ đĩa ma sát
12) Trục máy công tác

Li hợp kiểu bám

1) Phần ứng; 2) Trục động cơ; 3) Phần cảm; 4) Cuộn dây; 5) Chổi than;
6) Trục máy công tác; 7) Vành trợt

GV: Nguyn V Thanh

3


T ng hoỏ thit b in

khuếch đại thuật toán
Giới thiệu về KĐTT
Khuếch đại thuật toán là phần tử cơ bản để xây dựng mạch điều
khiển tơng tự. Khuếch đại thuật toán có nghĩa là nhờ mạch khuếch
đại này mà ta có thể tạo đợc các hàm điều khiển và thuật toán điều
khiển khác nhau

4
6

U8B
B

5

7

11

Các thông số cơ bản của KĐTT
Điện áp nguồn cấp 5 ữ 18 V
Dòng điện ra IR 3 mA
Công suất tiêu thụ P 60 mW
Vùng nhiệt độ làm việc -55OC ữ 125OC

Tần số làm việc cực đại khoảng hàng kHz
Hệ số khuếch đại K = 105 - 107
Điện trở đầu vào ZV 1M
Điện trở đầu ra ZR ≈ 100 Ω

GV: Nguyễn Vũ Thanh

4


T ng hoỏ thit b in

R2

Khuếch đại đảo dấu
4

R1

Vào

6

U8B
B

5

7

Ra

K =

R2
R1

11

U R = KUV

Khuếch đại
không đảo

R2

4

R1

6

U8B
B

5

7

Ra

K =1+

R2
R1

U R = KUV

Vào
11

Mạch trừ
R3 = R0 ; R2 = R1
E0 =

R0
( E2 − E1 )
R1

Mạch lặp
4
6

Uvao

U8B
B

5

7

Ura

K =1+

R2
R1

U R = KUV
11

GV: Nguyn V Thanh

5


T ng hoỏ thit b in

Mạch cộng đảo nhiều tín hiÖu
R2

X

R1

R3

Y

4

R4

Z

6

U8B
B

5

7

Ura

11

⎛ 1
1
1 ⎞
Ura = − R1 ⎜ X + Y +
Z
R
R3
R4
2

ứng dụng trong điều khiển
tự động
Ví dụ xây dựng cho bộ so sánh phản hồi
E = SP - PV
SP

+

E

PV

R0 = R1 = R2 = R3
E0 = ( E2 − E1 )

Do vËy nÕu xem
E0 = E; E2 = SP; E1 = PV
Thì ta đợc phơng
trình sau:

E = SP - PV

GV: Nguyễn Vũ Thanh

6


Tự động hố thiết bị điện

VÝ dơ x©y dùng cho bộ cộng với nhiều đầu vo

S = X + 2Y + 4Z
X
+
Y

+

2

C
+

Z

4

R2

X

áp dụng bộ cộng
đảo sau

R1

R3

Y

4

R4

Z

6

U8B
B

5

Ura

11

1
1
1
Ura = R1 X + Y +
Z
R
R3
R4
2


7

Để có đợc biểu thức nh mong muốn ta cần

giải các phơng trình sau:
R1
R
R
= 1; 1 = 2; 1 = 4
R2
R3
R4

Sau khi gi¶i phơng trình ta đợc sơ đồ sau:
X
Z

R1 10k

R3 4.7k
4

Y

R2 10k

R4 2.2k

2
A

3

1

TL084ACN

11

GV: Nguyễn Vũ Thanh

7


T ng hoỏ thit b in

Tuy nhiên kết quả lại cho ta số âm, do vậy để
đạt đợc kết quả nh mong muốn ta cần dùng
thêm một bộ đảo nữa.

X

R1 10k
R3 4.7k
R4 2.2k

2

4

Z

R1 10k

4

Y

R2 10k

1

A

3

R4 10k

2
1

A

3

C

TL084ACN
11

TL084ACN
11

Xét ví dụ sơ đồ ®iỊu khiĨn tù ®éng sau
SP

+

E

PV

10

_

R6 91k
R1 10k
4

R5 10k

4

R4 10k

SP

R3 10k

2

E

A

3

1

PV

TL084ACN
11

TL084ACN
11

R2
10k

GV: Nguyễn Vũ Thanh

A

3

1

2

8


T ng hoỏ thit b in

tuyến tính hoá đờng cong
phi tuyến
Ví dụ tuyến tính hoá đoạn đờng cong phi tuyến sau
Y

X

Tạo hm ở góc phần t thứ nhất
UR

R1

UV

R2

VR2
UR

Ung

UV

-UN

Ung

VR1

Tạo hm ở gãc phÇn t− thø hai
R0

UR

UV
UV

R0

R2 U
ng

+
-UN

GV: Nguyễn Vũ Thanh

D

R1

VR2

UR

VR1

9

T ng hoỏ thit b in

Tạo hm ở góc phần t thứ ba
UR
UV

UV

R

R
+

R2
-UN

R

D

R1

R

+

VR2
Ung

UR

VR1

Tạo hm ở góc phần t thứ t
R

D

R1
UV

R
VR2
R2

-

UR

+
Ung

-UN

VR1

UR
UV
Ung

GV: Nguyễn Vũ Thanh

10


T ng hoỏ thit b in

Tạo vùng không tác động

-UN
VR1

R0

D1

UR

R1

UV

D2

VR2

UV

UR

+

+UN

Tạo ®Ỉc tÝnh b·o hoμ
-UN
D1
R0
UV

R1
+

D0
+UN

DO
VR1

R0

VR2

UV

R1
+

UR

UR

UR
UV

GV: Nguyễn Vũ Thanh

11


T ng hoỏ thit b in

Cảm biến l gì ?

Các bộ biến đổi DAC
Bộ biến đổi số sang tơng tự, có nhiệm vụ
biến đổi một tín hiệu số nhị phân sang
dạng tín hiệu tơng tự điện áp hoặc dòng
điện.

GV: Nguyn Vũ Thanh

12


Tự động hố thiết bị điện

bé biÕn ®ỉi DAC dùa trên cơ sở
đầu vo trọng số nhị phân

Bộ biến đổi ny dựa trên cơ sở l bộ cộng
đảo nhiều tín hiệu dùng khuyếch đại thuật
toán.

Khi thay thế các giá trị điện trở lần lợt R, 2R, 4R
ta sẽ đợc kết quả sau. Các giá trị điện trở ny
tạo ra tơng ứng các trọng số khác nhau của dÃy
số nhị phân.

GV: Nguyễn Vũ Thanh

13


T ng hoỏ thit b in

Giả sử điện áp ở mức cao của đầu ra số l
5V, mức thấp l 0V. Thì với sơ đồ mạch trên
ta đợc kết quả sau.

bộ biến đổi DAC dùng điện trở
mắc hình thang

Trong đó D0 lμ LSB;
D3 lμ MSB

GV: Nguyễn Vũ Thanh

14

T ng hoỏ thit b in

D3

D1

D0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0.625

0

0

1

0

1.25

0

0

1

1

1.875

0

1

0

0

2.5

0

1

0

1

3.125

0

1

1

0

3.75

0

1

1

1

4.375

1

0

0

0

5

1

0

0

1

5.625

1

0

1

0

6.25

1

0

1

1

6.875

1

1

0

0

7.5

1

1

0

1

8.125

1

1

1

0

8.75

1

Giả sử điện áp ở
mức cao của đầu
ra số l 5V, mức
thấp l 0V,
Rf = 2R. Thì với
sơ đồ mạch trên
ta đợc kết quả
sau.

D2

OUT

1

1

1

9.375

Các bộ biến đổi ADC
Bộ biến đổi tơng tự sang số, có nhiệm vụ
biến đổi một tín hiệu tơng tự dới dạng
điện áp hoặc dòng điện sang dạng tín hiệu
số nhị phân.

GV: Nguyễn Vũ Thanh

15


Tự động hố thiết bị điện

Bé biÕn ®ỉi ADC song song
Mạch ADC song song
3 bít.
So sánh liên tiếp với các
điện áp chuẩn.
Đầu ra bộ so sánh đợc
đa qua mạch tạo mà u
tiên

Ma trận điốt
có nhiệm vụ
tạo mà nhị
phân.
Phần tư Ex-OR
lμm nhiƯm vơ

lùa chän cỈp
tÝn hiƯu

GV: Nguyễn Vũ Thanh

16


Tự động hoá thiết bị điện

LÊy Vref = 5V, ta đợc VR = 0.625
Điện áp vo Vin = 0 5V
Ta đợc bảng tín hiệu sau
D2

D1

D0

Vin

0

0

0

0

0

0

1

0.625

0

1

0

1.25

0

1

1

1.875

1

0

0

2.5

1

0

1

3.125

1

1

0

3.75

1

1

1

4.375

Mối quan hệ giữa tín hiƯu t−¬ng tù vμ tÝn hiƯu sè

GV: Nguyễn Vũ Thanh

17

Tự động hố thiết bị điện

Bé biÕn ®ỉi ADC bËc thang
Đầu ra bộ đếm
nhị phân đợc
đa vo bộ DAC.
Đầu ra bộ DAC
đợc so sánh với
Vin
Dừng đếm, xoá đếm
Kích hoạt bộ chốt
SRG

Mối quan hệ giữa tín hiệu tơng tự vμ tÝn hiÖu sè

GV: Nguyễn Vũ Thanh

18


Tự động hố thiết bị điện

Bé biÕn ®ỉi ADC xÊp xỉ liên tiếp
Theo nguyên tắc:
Luôn gán 1 cho bít có
trọng số cao nhất.
So sánh kết quả DAC
với Vin.

Nếu VDAC > Vin thì xoá 1
gán 0 cho bít có trọng
số cao.
Nếu VDAC < Vin thì giữ
nguyên.

Nếu VDAC Vin trong
phạm vi cho phép thì
giá trị số này đợc
chuyển sang SRG

8
111

7
6

110

110

110
101

5
4

100

100

101
100

100

100

100

011

3
2

010

010

010

1
0

000

111
110
101
100

011
010
001
000

GV: Nguyễn Vũ Thanh

19


Tự động hố thiết bị điện

Bé biÕn ®ỉi ADC so sánh liên tục
Theo nguyên tắc:
Tín hiệu VDAC luôn
bám theo tín hiệu Vin.
Việc đổi hớng bám
đợc thực hiện nhờ bộ
CTR. Mỗi khi Vin
VDAC đổi dấu, thì
hớng bám đợc thay
đổi.
Giá trị nhị phân đầu ra
bộ CTR luôn đợc cËp
nhËt.

8

111

7
6
5
4
3
2
1
0

101

101
011

011
001

111
110
101
100
011
010
001
000

GV: Nguyễn Vũ Thanh

20

Tự động hố thiết bị điện

Bé biÕn ®ỉi ADC dïng điện áp
răng ca

Về nguyên lí khá giống với ADC bậc
thang. ở đây thay bậc thang bằng răng
ca v trong mạch kh«ng cã bé DAC

GV: Nguyễn Vũ Thanh

21


Tự động hố thiết bị điện

Bé biÕn ®ỉi ADC (ΔΣ) delta SiGma

Đây l công nghệ biến đổi ADC tiên tiến

GV: Nguyễn Vũ Thanh

22